換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備,又稱熱交換器。換熱器在化工、石油、動力、食品及其它許多工業生產中占有重要地位,其在化工生產中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發器和再沸器等,應用廣泛。例如電廠低溫用聚四氟乙烯換熱器是發電廠為降低排煙溫度進行余熱回收的新型裝置設備。采用氟塑料換熱器,能夠防止酸腐蝕,并將煙氣溫度降至100度以內。鄭州工業大學研制成功聚四氟乙烯(簡稱F-4)管板限脹施壓加熱焊接”工藝,解決了氟塑料管子與管板連接的關鍵技術。隨后,國產各種類型的換熱器陸續投入實際生產應用并取得良好的效果。

結構分類

可分為:浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、U形管板換熱器、板式換熱器等。

固定管板式

固定管板式換熱器的兩端管板采用焊接方法與殼體連接固定。換熱管可為光管或螺紋管。其結構簡單,制造成本低,能得到較小的殼體內徑,管程可分成多樣,殼程也可用縱向隔板分成多程,規格范圍廣, 故在工程中廣泛應用。

主要特點固定管板式換熱器主要有外殼，管板.管束、管箱等部件構成。在圓形外殼內,裝入平行管束，管束兩端用焊接或脹接的方法固定在管板上,兩塊管板與外管直接焊接,裝有進口或出口管的管箱用螺栓與外殼兩端法蘭相連。它的特點是結構簡單,沒有殼側密封連接,相同的殼體內徑排管多,在有折流板的流動中旁路

較小。管程可以分成任何管程數,因兩個管板由管子互相支撐,故在各種管殼式換熱器中它的管板薄,造價低,因而得到廣泛應用。這種換熱器的缺點是:殼程清洗困難,有溫差應力存在。當冷熱兩種流體的平均溫差較大,或殼體和傳熱管材料膨脹系數相差較大,熱應力超過材料的許用應力時。在殼體上需設膨脹節,由于膨脹節強度的限制,殼程壓力不能太高。這種換熱器適用于兩種介質溫差不大, 或溫差較大但殼程壓力不高,及殼程介質清潔,不易結垢的場臺。

U型管式

此類換熱器的特點是管束可以自由伸縮,不會因管殼之間的溫差而產生熱應力,熱補償性能好:管程為雙管程，流程較長,流速較高,傳熱性能較好;承壓能力強:管束可從殼體內抽出,便于檢修和清洗,且結構簡單,造價便宜.但管內清洗不便，管束中間部分的管子難以更換,又因內層管子彎曲半徑不能太小,在管板中 心部分布管不緊湊,所以管子數不能太多，且管束中 心部分存在間隙，使殼程流體易于短路而影響殼程換熱。此外,為了彌補彎管后管壁的減薄，直管部分需用壁較厚的管子.這就影響了它的使用場合,僅宜用于管殼壁溫相差較大,或殼程介質易結垢而管程介質清潔及不易結垢，高溫、高壓、腐蝕性強的情形。

浮頭式

隨著經濟的發展,各種不同型式和種類的換熱器發展很快,新結構、新材料的換熱器不斷涌現。為了適應發展的需要,中國對某些種類的換熱器已經建立了標準,形成了系列。完善的換熱器在設計或選型時應滿足以下基本要求:

(1)合理地實現所規定的工藝條件;

(2)結構可靠;

(3)便于制造、安裝、操作和維修;

(4)經濟上合理。

浮頭式換熱器的一端管板與殼體固定,而另一端的管板可在殼體內自由浮動,殼體和管束對膨脹是自由的，故當兩張介質的溫差較大時,管束和殼體之間不產生溫差應力。浮頭端設計成可拆結構,使管束能容易的插入或抽出殼體。( 也可設計成不可拆的)。這樣為檢修、清洗提供了方便。但該換熱器結構較復雜,而且浮動端小蓋在操作時無法知道泄露情況。因此在安裝時要特別注意其密封。

浮頭換熱器的浮頭部分結構,按不同的要求可設計成各種形式,除須考慮管束能在設備內自由移動外,還須考慮到浮頭部分的檢修、安裝和清洗的方便。

在設計時須考慮浮頭管板的外徑Do.該外徑應小于殼體內徑Di,一般推薦浮頭管板與殼體內壁的間隙b1=3-5mm。這樣,當浮頭出的鉤圈拆除后,即可將管束從殼體內抽出。以便于進行檢修、清洗。浮頭蓋在管束裝入后才能進行裝配,所以在設計中應考慮保證浮頭蓋在裝配時的必要空間。

鉤圈對保證浮頭端的密封、防止介質間的串漏起著重要作用。隨著幞頭式換熱器的設計、制造技術的發展，以及長期以來使用經驗的積累,鉤圈的結構形式也得到了不段的改進和完善。

鉤圈一般都為對開式結構,要求密封可靠,結構簡單、緊湊、便于制造和拆裝方便。

浮頭式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應性,在長期使用過程中積累了豐富的經驗。盡管受到不斷涌現的新型換熱器的挑戰,但反過來也不斷促進了自身的發展。故迄今為止在各種換熱器中仍占主要地位。